Varför ledde inte vätebomben till fusionskraft?

Även om man lyckas bygga ett fullt fungerande fusionskraftverk för 100 miljarder så håller det bara några månader.

Strålningen från fusionsprocessen gör allt material skört och det finns idag inget sätt att skydda materialet i ett fusionskraftverk från denna strålning.

Efter några månader börjar kraftverket falla samman pga av materialförsvagningar. God natt.

Till att börja med så utvecklade man först kärnkraft, sedan kom atombomberna. Faktum är att Nagasakibomben, "fat man" som är en plutonium-fissionsbomb krävde att man hade reaktorer som kunde skapa plutonium (en restprodukt av uraniumfission i kärnkraftverk) då det inte förekommer naturligt på Jorden.

Så bombdesign av kärnvapen har ingen som helst civil applikation. Fusionskraft och fusionsbomb har inga som helst likheter förutom att det på atomnivå handlar om sammanfogning av atomer (även om faktiskt även vätebomber får majoriteten av sin kraft från fission).

Att få till fissionskraft är enkelt. Bara att stoppa ner en mängd material som är fissilt i en begränsad yta så kommer det generera värme, som alltså kan koka vatten för att driva en turbin. Fission sker spontant och kan ske i rumstemperator.

Fusion däremot är ett helt annat djur. Det finns inga ämnen som spontan-fusionerar på det sätt som en mängd olika material spontantfissionerar (som Uran). Utan för att få till fusion krävs enormt tryck och värme (tänk solens kärna).

Faktum är att den fusion som sker i Solen sker i en miljö som är 15 miljoner grader varm och med en densitet som är omkring 150 gånger högre än den hos vatten. Det är dessutom en extremt ineffektiv process och energiproduktionen per volymenhet är faktiskt inte större än den energi som produceras i en kompost en varm och fuktig sommardag. Men tack vare att Solen är ENORM så blir den sammanlagda energin tillräcklig för att vi ska ha liv här på Jorden...

Så att bara efterlikna Solens fusion är dels omöjligt (då vi inte kan skapa den gravitation som råder i Solens mitt) och dessutom inte meningsfull ur energisynpunkt.
Så för att skapa fusion (i bemärkelsen kontrollerad långvarig sådan, kontra en momentan blixturladdning i en bomb) här på Jorden behöver vi använda andra processer.

Det som är aktuellt här på Jorden är att försöka hålla "bränslet" på en statisk plats och sedan snabbt hetta upp det till enorma temperaturer för att få till fusion. Vi kan göra detta genom gigantiska magnetfält och temperaturen kan vi skapa genom att belysa bränslet med tusentals eller miljontals högenergiska laserstrålar. Bränslet utgörs lämpligast av deuterium och tritium, som är isotoper av väte och deuterium kan utvinnas ur vanligt vatten (där de finns i väldigt begränsad mängd, en molekyl per fem-tusen men det skulle ändå räcka länge länge). För tritium är det dock jobbigare, då tritium måste skapas genom att bestråla litium. Och kostnaden idag ligger per kg ungefär i samma nivå som diamant, dvs jävligt dyrt. Alternativ finns också att använda en speciell isotop av Helium, men den finns bara i större kvantiteter på månen, så då skulle man behöva upprätta gruvverksamhet med transport därifrån...

Så att hålla D-T och få det att fusionera har vi kunnat göra ganska länge. Problemet med att få ut elenergi av det hela är ju att den här fusionsprocessen ska generera mer energi än vad det går åt att skapa miljön i vilken den fusionerar (det har vi också lyckats med för några år sedan), men sedan ska vi ju även på ett smidigt sätt kunna ta tillvara på den energin. Om man i vanliga kraftverk använder en värmekälla som har direkt eller indirekt kontakt med vatten för att koka detta, så blir det lite svårare när värmekällan är instängd i ett vakuum som inte får röras av någonting externt för att inte brytas samman.

Hur får man då energi från ett fusionsplasma?
Jo, vid fusionen så frigörs högenergineutroner och när dessa möter ett hinder (exempelvis ett grovt stålrör) så kraschar de in det och frigör energi. Dvs, materialet värms upp. Man kan då tänka sig vatten i de här rören, som kokar och som kan driva en turbin, varvid en generator alstrar ström. Enkelt.

Problemet är att de här neutronerna när de kraschar in i ett material inte bara värmer upp det utan du kommer få effekten att materialet degraderas då neutronerna kan skapa isotoper (troligtvis radioaktiva) och därmed göra att exempelvis en järnatom (i ditt stålrör) muterar till en kobalt-atom. Dessutom så reagerar neutroner inte lättsamt med material så en neutron kan flyga hundratals meter från din fusionsplasma innan den krockar. Det är det här som är det primära problemet med fusionsenergi.
Att fånga upp neutronerna där man vill ha dem, och sedan att utveckla material som håller tillräckligt länge innan det behöver bytas ut.

I en värld där pengar var strunt samma så hade man ju kunnat köra på och byta ut rören och allt annat man har var och varannan dag och haft fungerande fusionsenergi redan idag (under förutsättning att man driftar ett antal vanliga kärnreaktorer vars enda uppgift blir att skapa tritium till fusionskraftverket). Men det hade kostat ofantligt mycket mer än vad det kostar att driva ett kolkraft eller vanligt kärnkraftverk, så det finns det ingen som gör.

Därför har vi bara experimentreaktorer som drivs av stater eller flerstatsprojekt, såsom ITER.

TL;DR
Det är ett tekniskt mycket komplext åtagande som inte minst kräver oerhörda framsteg inom materialteknik och som dessutom är beroende av superdyrt tritium som bränsle.

Lite daterad information faktiskt.

Sedan lite drygt ett årtionde kan man massproducera högtemperatursupraledare som kan leverera dubbla magnetfältet och har bredare operationsförhållande än de gamla lågtemperatursupraledarna.

Eftersom energiutbytet skalar som tredje kraften på magnetfältet och effekten som fjärde kraften kan man demonstrera positivt energiutbyte i avsevärt mycket mindre maskiner än ITER.

Det är det som pågår i Commonwealth Fusions anläggning under uppförande i Devens, Massachusetts.

Bland möjliggörs öppningsbara spolar som underlättar utbyte av reaktorkärlet i tokamaker. Sen möjliggörs även effektiv pluggning i spegelmaskiner och många andra saker exempelvis bättre tritiumbreeding.

Det pågår också en mängd andra saker som Field Reversed Configuration, Z-pinch, Novatron och laserfusion. Även om dessa tills vidare ska betraktas som spekulativa projekt.

Klar är att fältet fått nytt liv och att sista ordet vad gäller fusionsenergin inte är sagt än.